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桑葉中のアザ糖の体内動態の評価・解明

高須 蒼生 東北大学

2021.03.25

概要

アザ糖はイミノ糖とも呼ばれ、糖の炭素環内にイミノ基(-NH-)を有した類似糖の総称である。いくつかのアザ糖が二糖類の分解に関わる酵素α-グルコシダーゼの阻害を介して、血糖値の上昇を抑えることがわかっている。食後などの血糖値の上昇の適切な制御は、糖尿病の治療や予防に有効であり、実際いくつかのアザ糖が医薬品として糖尿病の治療に利用されている[1],[2]。これに加えて、アザ糖の脂質蓄積抑制作用や神経保護作用、抗ガン作用などの生理活性も報告されている[3]–[5]。アザ糖は医薬品として合成・利用されているものに加えて、天然での生産も知られている。例えば、桑葉中には様々なアザ糖の存在が報告され、特に1-デオキシノジリマイシン(DNJ)、ファゴミン、2-O-α-D-ガラクトピラノシル-DNJ(GAL-DNJ)(図1)が多く含まれている[6]。さらに、一部の微生物(ストレプトマイセス属やバチルス属)もアザ糖を生産することが報告されている[7],[8]。こういったアザ糖を生産する植物や微生物の機能性食品などへの利用が期待される。

 しかし、そのためにはアザ糖の生理作用の作用機構や安全性を十分に評価することが重要である。生体内での作用や安全性の評価には、生体内への吸収・排泄や代謝、臓器への移行といった体内動態を詳細に理解することが重要である。これまでに、動物(ラットやマウス)試験でDNJ、ファゴミンの体内への吸収や臓器への移行[9]、吸収・排泄動態などが報告されている[10]。このように桑葉中の主要なアザ糖のうちDNJ、ファゴミンについては、生理活性や体内動態の研究が行われている一方、GAL-DNJの生理活性や体内動態はほとんどわかっていない。また、DNJ、ファゴミンの吸収や臓器移行の違いは明確でなく、桑葉の生理活性を理解するために、桑葉アザ糖の体内動態をさらに詳細に解明することが必要である。

 加えて、DNJやファゴミンの体内動態の研究では、血しょうや臓器の分析に主に質量分析器が使われてきた[11],[12]。質量分析器は感度や選択性が高い一方で、代謝物などの未知の成分の分析には課題がある。さらに、アザ糖の代謝についての報告例はあまりなく[10]、アザ糖が代謝されるか、どの程度されるかといった正確なことはわかっていない。そのため、アザ糖の安全性や作用機構の評価には代謝物などを含めた分析、例えば同位体を利用したトレーサー分析などによりアザ糖の吸収や排泄、臓器への移行を評価することが重要である。

 そこで本研究では、桑葉中の主要なアザ糖(DNJ、ファゴミン、GAL-DNJ)の吸収と臓器への移行、輸送機構の解明を目指した。また、桑葉のさらなる有効利用のため、桑葉中のアザ糖の吸収性の向上を目指し研究を行った。加えて、DNJの体内動態をより詳細に解明することを目指し、微生物を利用して調製した高純度の安定同位体標識DNJ(15Nラベル化DNJ)をラットへ投与し、15Nのトレーサー分析によりDNJの吸収・排泄・臓器分布の評価を行った。

参考文献

[1] J.-L. Chiasson et al., “Acarbose for prevention of type 2 diabetes mellitus: the STOP-NIDDM randomised trial,” Lancet, vol. 359, no. 9323, pp. 2072–2077, 2002

[2] R. Kawamori et al., “Voglibose for prevention of type 2 diabetes mellitus: a randomised, double- blind trial in Japanese individuals with impaired glucose tolerance,” Lancet, vol. 373, no. 9675, pp. 1607–1614, 2009

[3] I. S. Parida et al., “Supplementation of Bacillus amyloliquefaciens AS385 culture broth powder containing 1-deoxynojirimycin in a high-fat diet altered the gene expressions related to lipid metabolism and insulin signaling in mice epididymal white adipose tissue,” Food Funct., vol. 11, no. 5, pp. 3926–3940, 2020

[4] S. E et al., “Intake of mulberry 1-deoxynojirimycin prevents colorectal cancer in mice,” J. Clin. Biochem. Nutr., vol. 61, no. 1, pp. 16–94, 2017

[5] W. Chen et al., “Neuroprotective effect of 1-Deoxynojirimycin on cognitive impairment, β- amyloid deposition, and neuroinflammation in the SAMP8 mice,” Biomed. Pharmacother., vol. 106, pp. 92–97, 2018

[6] N. Asano et al., “Polyhydroxylated Alkaloids Isolated from Mulberry Trees ( Morus alba L.) and Silkworms ( Bombyx mori L.),” J. Agr. Food Chem., vol. 49, no. 9, pp. 4208–4213, 2001

[7] D. C. Stein, L. K. Kopec, R. E. Yasbin, and F. E. Young, “Characterization of Bacillus subtilis DSM704 and its production of 1-deoxynojirimycin,” Appl. Environ. Microbiol., vol. 48, no. 2, pp. 280–284, 1984

[8] N. Ishida, K. Kumagai, T. Niida, T. Tsuruoka, and H. Yumoto, “Nojirimycin, a new antibiotic. II. Isolation, characterization and biological activity.,” J. Antibiotics, vol. 20, no. 2, pp. 66–71, 1967.

[9] S. Yang et al., “Pharmacokinetics, Tissue Distribution, and Elimination of Three Active Alkaloids in Rats after Oral Administration of the Effective Fraction of Alkaloids from Ramulus Mori, an Innovative Hypoglycemic Agent,” Molecules, vol. 22, no. 10, p. 1616, 2017

[10] S. Amézqueta, S. Ramos-Romero, C. Martínez-Guimet, A. Moreno, M. Hereu, and J. L. Torres, “Fate of d -Fagomine after Oral Administration to Rats,” J. Agr. Food Chem., vol. 65, no. 22, pp. 4414–4420, 2017

[11] K. Nakagawa et al., “Occurrence of Orally Administered Mulberry 1-Deoxynojirimycin in Rat Plasma,” J. Agr. Food Chem., vol. 55, no. 22, pp. 8928–8933, 2007

[12] T. Liang et al., “A UPLC–MS/MS method for simultaneous determination of 1- deoxynojirimycin and N-methyl-1-deoxynojirimycin in rat plasma and its application in pharmacokinetic and absolute bioavailability studies,” J. Chromatogr. B, vol. 1072, 2017, pp. 205– 210, 2018

[13] T. Tsuduki et al., “Intake of 1-Deoxynojirimycin Suppresses Lipid Accumulation through Activation of the β-Oxidation System in Rat Liver,” J. Agr. Food Chem., vol. 57, no. 22, pp. 11024– 11029, 2009

[14] M. Kimura, F.-J. Chen, N. Nakashima, I. Kimura, N. Asano, and S. Koya, “Antihyperglycemic effects of N-containing sugars derived from mulberry leaves in streptozocin-induced diabetic mice,” J. Trad. Med., vol. 12, pp. 214–219, 1995

[15] S. Takasu et al., “Intestinal Absorption and Tissue Distribution of Aza-Sugars from Mulberry Leaves and Evaluation of Their Transport by Sugar Transporters,” J. Agr. Food Chem., vol. 68, no. 24, pp. 6656–6663, 2020

[16] A. Mizuno-Yasuhira et al., “A Strategy for Assessing Potential Drug-Drug Interactions of a Concomitant Agent against a Drug Absorbed via an Intestinal Transporter in Humans,” Drug Metab. Dispos., vol. 42, no. 9, pp. 1456–1465, 2014

[17] K. Yamagishi et al., “Lactose Increases the Production of 1-deoxynojirimycin in Bacillus amyloliquefaciens,” Food Sci. Technol. Res., vol. 23, no. 2, pp. 349–353, 2017

[18] 高須蒼生, 木村俊之, 伊藤隼哉, and 仲川清隆, “第 13 回農芸化学研究企画賞 食後高血糖改善成分を含む新規食材の活用: 桑葉・微生物による DNJ の生産と機能性・安全性の評価,”化学と生物, vol. 58, no. 1, pp. 13–19, 2020

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